融合現代信息技術的化學實驗成績評定體系

宋文璟，劉暢

大連理工大學化工學院，遼寧 盤錦 124221

實驗為化學課程教學與創新人才培養提供了重要的技術支持和有力保障[1-3]。近年來，隨著互聯網、多媒體、人工智能和虛擬仿真等技術在化學實驗教學中的綜合運用，涌現出許多先進的教學方法和手段，建立了新型的“教”與“學”的師生關系，極大地沖擊了傳統的實驗教學模式[4-6]。成績評定不單是對學生實驗課程學習效果的評價，還能夠充分體現出高校的教學水平和課程目標，但是它不像筆試考試那樣有嚴格的評分標準和準確答案，難以對學生的實驗成績進行準確客觀的評定[7]，不乏出現“高分低能”和“低分高能”的情況[8]。此外，成績評定一直駐足于依據實驗結果和紙質報告的層面上，顯然這種模式已經落后，甚至在一定程度上制約了對人才的科學作風、實踐能力和創新精神的培養。文獻中偶有借助Excel構建成績評定體系的案例[9,10]，但尚未見利用MATLAB編程實現數據自動驗算與評判的報道。

針對化學實驗成績評定方法落后的現狀與弊端，在信息化背景下，我們主動“識變、應變、求變”，構建了可全過程監督實驗教學過程的、具有明確指導性的、自動化的成績評定新模式。將評定項目劃分為預習、操作、數據質量、計算、報告和文獻六個模塊，使評定更加全面、條理更加清晰。每個模塊采用等級制獨立評定，增強了評定結果的指導意義。利用智慧學習平臺、Excel設計和MATLAB編程，提高了成績評定的自動化程度以及學生與教師之間的交互性。推進本文所構建的成績評定體系在化學實驗教學中的有效應用，能夠切實提高實驗教學的效率和質量，助力人才培養質量的全面提升。此外，將該成績評定體系植入到智慧學習平臺，同時結合虛擬仿真實驗和模擬數據，還可以實現線上“測驗+操作+報告+成績評定”一套完整的實驗教學流程，有助于推進我國信息化實驗教學的發展。

1 化學實驗成績評定體系的現狀與不足

目前化學成績評定普遍采用“預習+操作+報告”三位一體的模式，差別在于各部分所占的比例不同，此外還可以增加期末考試以進一步考查學生實驗學習的優劣[11]。長期實踐表明，這種成績評定模式最為合理且行之有效，在學生實驗能力和綜合素質的培養中發揮了重要作用。但隨著社會發展和科技進步，這種模式的某些細節逐漸暴露出它的弊端，主要體現在以下三個方面。

1.1 預習不充分 分值差異小

預習是為了讓學生高效地完成實驗，其評定主要依據預習報告和課堂提問。但學生書寫預習報告往往是被動的、機械的，課堂上學生對實驗指導教師和書本的依賴性強、缺乏主動性。如果學生僅僅照搬實驗講義、教師根據預習報告的字跡和字數評分的話，那么這樣的預習就變得毫無意義，費時費力。我們發現，預習分數一般差別不大，不能分辨“真”和“假”預習的學生。課堂提問的確能夠檢驗學生的預習效果，但被提問學生的數量極其有限。

1.2 評分無條理 導向不明確

對于成績考核，一般都有明確的量化指標[12-14]，我們也曾制定了詳細的評分細則，具體到錯誤操作所扣的分值，并印刷成冊下發到每一位實驗指導教師的手中，但在實施中違背了實驗考核的初衷。有的學生實驗時畏首畏腳，生怕被扣分，導致速度大大降低。有的教師專注于扣分，忽略了對學生實驗的指導，以致學生實驗得分偏低，嚴重打擊了學生實驗學習的熱情。此外，學生很難通過實驗成績了解自己的不足之處。

1.3 驗證靠手工 評定效率低

為了給學生的實驗結果予以正確的評價，實驗指導教師往往需要手工輸入學生的實驗數據加以驗算，不但工作量很大，而且容易出錯。

2 新的化學實驗成績評價體系實施方案

本文所構建的化學實驗成績評定體系依托智慧學習平臺，如中國大學MOOC、學習通、雨課堂等，其構成框架如圖1所示，包括預習和實驗兩部分。

圖1 化學實驗成績評定體系框架圖

預習成績占15%，采用線上測驗方式，全部為客觀題，考查學生對操作要點及相關知識的掌握。每位學生只有一次考試機會，智慧學習平臺自動評判對錯并給出百分制得分。實驗成績占85%，涵蓋操作、數據、計算、報告和文獻五個模塊，各模塊由非常優秀至不及格依次劃分為A++、A+、A、B、C、D、E、F、F?和U十個評分等級，劃分原則使大多數學生位于B級。根據五個模塊所占權重可計算得到實驗成績等級，按照表1轉化成實驗成績百分制分數。

表1 各等級所對應的百分制分值

2.1 操作的評定

通過多年的實驗指導經驗，我們總結了學生的課堂表現并將其歸納為十類，作為操作的評定指標，詳見表2。旨在激發學生的探究興趣和學習熱情，擺脫學生對實驗指導教師和實驗講義的依賴。

2.2 數據和計算的評定

學生課后處理實驗數據，在規定期限內將數據 Excel文件上傳到智慧學習平臺。為了防止學生課后修改數據，我們要求學生在實驗中將原始數據記錄在二聯復寫紙上，離開實驗室前提交復寫聯。我們利用 Excel強大的功能編制數據空白模板，并上傳到智慧學習平臺，學生可自行下載并填寫。該數據Excel模板能夠根據學生實驗數據的優劣，使單元格依次呈現綠色、黃色和紅色背景(如圖2所示)，實現自動辨別數據質量的作用，方便實驗指導教師對照表2快速對數據模塊進行評定。

圖2 數據表格示例

另外，我們利用MATLAB軟件開發了自動驗算小程序，將學生的數據Excel文件導入MATLAB，MATLAB能夠自動驗算學生的實驗數據并給出等級評分，如圖3所示。

圖3 自動評分結果示例

2.3 報告和文獻的評定

報告采用Word文檔方式，與數據Excel文件一同上傳到智慧學習平臺。我們鼓勵學生在撰寫實驗報告和回答思考題時積極查閱相關文獻資料，并吸納轉為自己的知識，制定評定指標如表2所示。

表2 操作、數據、計算、報告和文獻的分級指標

2.4 成績評定結果的反饋

實驗成績單如圖4所示，通過智慧學習平臺及時反饋給學生。通過編輯函數，實驗指導教師只需從各模塊的下拉框中選擇等級便可自動生成實驗成績等級，減少了教師合分的工作量。學生能夠清晰地從各模塊得分和實驗指導教師的評語中得知自己哪方面不足以及改進的措施。

圖4 實驗成績單示例

3 新的化學實驗成績評定體系的優勢

預習測驗、數據和計算的評判，以及合分都是自動完成的，簡單易用，這就將實驗指導教師從重復勞動中解放出來。新的成績評定體系采用電子報告代替傳統的紙質版報告，并拆分為一個Excel文件和一個Word文件，若加以利用在數據挖掘和查重技術可有效解決抄襲問題。

4 結語

新的化學實驗成績評定體系面向考查實驗教學全過程，包括預習、操作、數據質量、計算過程、報告攥寫和查閱文獻，同時結合網絡和計算機技術、信息學方法全方位、深層次介入教與學的環節，試圖產生新的革命性成績評定模式。通過班級試點，得到學生和教師的強烈好評。新的化學實驗成績評定體系還能滿足學生自學的需求，學生也能夠利用該系統自行檢驗實驗結果。